Utilisation du lancer de rayons pour le calcul de l'interaction d'un rayonnement électromagnétique avec des objets complexes métalliques et diélectriques

par Sarah Laybros

Thèse de doctorat en Electromagnétisme et micro-ondes

Sous la direction de Paul François Combes.

Soutenue en 2004

à Toulouse 3 .

mots clés

• Modélisation électromagnétique
• Méthodes asymptotiques
• Lancer de rayons
• Diffraction electrique
• Zone de rayonnement des antennes
• Ondes électromagnétiques -- Propagation
• Développements asymptotiques
• Antennes (électronique)
• Ondes électromagnétiques -- Diffraction -- Modèles mathématiques
• Électronique -- Matériaux
• Composites

Résumé

L'interaction d'une onde électromagnétique avec des cibles complexes est l'objet de nombreux travaux de modélisation, tant pour des applications civiles que militaires. Lorsque la géométrie des objets est complexe et a des dimensions grandes devant la longueur d'onde, l'évaluation des champs rayonnés devient coûteuse en temps de calcul. Pour pallier ce problème, nous utilisons une méthode basée sur le couplage de la technique du lancer de rayons, qui permet de gérer de façon rapide un grand nombre d'interactions successives, et des méthodes électromagnétiques asymptotiques. Les méthodes asymptotiques, largement étudiées dans la littérature pour le cas des objets métalliques, ne traitent que peu fréquemment les objets diélectriques. Nous avons donc établi un modèle unifié, capable d'évaluer les interactions de diffusion et de diffraction, d'objets aussi bien métalliques que diélectriques, dans leur zone proche ou lointaine, soumis à une onde incidente quelconque. Enfin, l'ensemble de ces méthodes, permettant la modélisation des interactions, a été adapté à la technique du lancer de rayons. Ce couplage optimal de méthodes conduit ainsi au calcul rapide et précis des champs rayonnés par des scènes complexes, aux hautes fréquences. De nombreuses applications sont présentées dans le domaine des antennes, du calcul de la surface équivalente radar, de l'imagerie radar et de la cartographie des champs EM sur une surface ou dans un volume donné. L'ensemble des modèles étudiés et développés dans cette thèse a été intégré au logiciel FERMAT (Fonctionnalités pour l'Electromagnétisme et le Radar par les Méthodes AsympTotiques) de l'ONERA/DEMR.

Titre traduit

Computation of the interactions between an electromagnetic radiation and complex metallic and dielectric objects thanks to the shooting and bouncing Ray technique

Résumé

The interactions of an electromagnetic wave and complex targets lead to numerous investigation of modelisation, as much for military than for civil applications. When the objects present a complex geometry and dimensions large compared to the wavelength, the evaluation of the radiated fields becomes costly in computation time. To overcome this problem, we use a method based on the coupling of the Shooting and Bouncing Ray technique, dealing with a great number of successive interactions in a fast way, and the electromagnetic Asymptotic Methods. The Asymptotic Methods, which are widely studied in the state of art in the metallic case, seldom concern the dielectric objects. So, we worked out the Asymptotic Methods in an unified model, able to evaluate the interactions of scattering and diffraction, for objects as well metallic as dielectric, in their near or far field zone, and whatever the incident wave. Then, all these methods have been adapted to the Shooting and Bouncing Ray technique. This optimal coupling of methods leads to a fast and accurate computation of the fields radiated by a complex scene, at high frequencies. Several applications are presented in the domains of the antennas, of the Radar Cross Section computation and the cartography of EM fields in a given volume. All the models studies and developed in this thesis, have been integrated in the software FERMAT of ONERA/DEMR.